實(shí)驗(yàn)題目：磁阻效應(yīng)及磁阻傳感器的研究

1、Pb07007134 程雅蘋83實(shí)驗(yàn)題目：磁阻效應(yīng)及磁阻傳感器的研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康模篿 了解磁阻效應(yīng)的基本原理及測量磁阻效應(yīng)的方法2測量銻化銦傳感器的電阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系3畫岀銻化銦傳感器的電阻變化與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系并進(jìn)行相應(yīng)的曲線和直線擬合4學(xué)習(xí)用磁阻傳感器測量磁場的方法實(shí)驗(yàn)原理：某些金屬或半導(dǎo)體的載流子在磁場中收到洛倫茲力，電阻值會隨外加磁場的變化而變化。這種效應(yīng)稱為磁 阻效應(yīng)。橫向磁阻效應(yīng)：當(dāng)半導(dǎo)體處于磁場中時(shí)，導(dǎo)體或半導(dǎo)體的載流子將受洛侖茲力的作用，發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在兩端 產(chǎn)生積聚電荷并產(chǎn)生霍爾電場。如果霍爾電場作用和某一速度的載流子的洛侖茲力作用剛好抵消，則小于 此速度的電子將沿霍爾電場作用的

2、方向偏轉(zhuǎn)，而大于此速度的電子則沿相反方向偏轉(zhuǎn)，因而沿外加電場方 向運(yùn)動的載流子數(shù)量將減少，即沿電場方向的電流密度減小，電阻增大，也就是由于磁場的存在，增加了 電阻縱向磁阻效應(yīng)：對于載流子的有效質(zhì)量和弛豫時(shí)間與移動方向有關(guān)的情形，若作用力的方向不在載流子的 有效質(zhì)量和弛豫時(shí)間的主軸方向上，此時(shí)，載流子的加速度和漂移移動方向與作用力的方向不相同，也可 引起載流子漂移運(yùn)動的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，其結(jié)果總是導(dǎo)致樣品的縱向電流減小電阻增加。磁阻大小的表示：用電阻率的相對改變表示 Ap/ p( 0)，因?yàn)锳p / p( 0)正比于 R/ R ( 0)，所以用磁阻傳感器電阻相對改變量 R/ R (0)表示磁阻大小實(shí)驗(yàn)預(yù)

3、期：外加磁場較弱時(shí)，電阻相對變化率AR/ R ( 0)正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度 B的二次方；隨磁場的加強(qiáng)，A R/ R (0)與磁感應(yīng)強(qiáng)度B呈線性函數(shù)關(guān)系；當(dāng)外加磁場超過特定值時(shí)，A R/ R (0)與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B的 響應(yīng)會趨于飽和。實(shí)驗(yàn)步驟：1、在銻化銦磁阻傳感器工作電流保持不變的條件下，測量銻化銦磁阻傳感器的電阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系。作A R/ R (0)與B的關(guān)系曲線，并進(jìn)行曲線擬合。(實(shí)驗(yàn)步驟由學(xué)生自己擬定，實(shí)驗(yàn)時(shí)注意GaAs和InSb傳感器工作電流應(yīng)調(diào)至 1mA )2、用磁阻傳感器測量一個(gè)未知的磁場強(qiáng)度，與毫特計(jì)測得的磁場強(qiáng)度相比較，估算測量誤差。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)中保持Is=1.00

4、mA得到的數(shù)據(jù)如下試驗(yàn)數(shù)據(jù)：表格(一)Im mvB mTVR mvRAR/ R (0)50200.8200.802010201.1201.10.001493620202.5202.50.008475130204.7204.70.019426640207.5207.50.033378250211.2211.20.051799760215.5215.50.0732111270221.1221.10.101112780226.7226.70.1289814290233.0233.00.16036158100240.3240.30.19671173110247.8247.80.234061881202

5、56.4256.40.27689204130265.1265.10.32022219140274.4274.40.36653234150284.0284.00.41434249160294.3294.30.46564265170304.8304.80.51793280180315.7315.70.57221處理：在BV0.06T時(shí)對磁阻變化率厶R/ R (0)與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B進(jìn)行曲線擬合結(jié)果如下圖y = Intercept + B1*xA1 + B2*xA2InterceptB1B2ValueStandard ErrorValueStadard ErrorValueStandard Error

6、-4.62436E-44.42391E-40.069370.0345319.386740.55299即厶R/ R (0) =19.4 B2 (這里略去了小量)由圖和表中中數(shù)據(jù)可以看岀，外加磁場較弱時(shí)，電阻相對變化率R/ R (0)確實(shí)正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的二次方，符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期。而且誤差(Standard Error)很小。在B0.12T時(shí)對磁阻變化率厶R/ R ( 0)與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B進(jìn)行曲線擬合結(jié)果如下圖y = a + b*xInterceptSlopeValueStandard ErrorValueStandard Error-0.339020.011815.044110.07574即厶 R

7、/ R (0) =5.4411B-0.33902為了磁阻傳感器的了解測量誤差，用以下數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算計(jì)算理論B mT時(shí)，由 R/ R （0）判斷使用那一個(gè)函數(shù)表達(dá)式 表格（二）Vr mvR R/ R (0)實(shí)際B mT理論B mT誤差219.1219.10.091147768.611%279.1279.10.39044152.613411. 8%293.8293.80.46315167.414711.9%外加磁場反向時(shí)，得到的數(shù)據(jù)如下：表格（三）正向時(shí) Immv反向時(shí) ImmvB mTVR mv反向時(shí)R值正向時(shí)R值9786-60208.1208.1215.5112101-70212.7212.72

8、21.1127116-80217.5217.5226.7142131-90224.1224.1233.0158147-100229229240.3173161-110234.8234.8247.8分析：表格二中顯示誤差較大原因可能有：實(shí)驗(yàn)過程中，按下切換開關(guān)后，磁阻電壓表的數(shù)字一直跳動變小，一段時(shí)間后才相對穩(wěn)定。這說明測試架部分有相互影響。主要是工作電流切換繼電器、輸出信號切換繼電器。 工作電流切換繼電器在霍爾元件和磁阻元件之間切換。當(dāng)切換到測量磁阻電壓時(shí)，磁阻元件積累的電壓會慢慢減小，于是磁阻電壓表的示數(shù)就慢慢減小。故讀數(shù)時(shí)要盡量快。 表格二中數(shù)據(jù)較小，可能是因?yàn)槭堑鹊椒€(wěn)定后才讀數(shù)導(dǎo)致的。此

9、外，由表格一的數(shù)據(jù)，電阻為 219.1時(shí)，磁場應(yīng)該在 60mT和70mT之間。77mT顯然有 問題。反而理論值 68.6mT更可信。誤差有可能來源于儀器的不穩(wěn)定性。60215.570221.1思考題1、磁阻效應(yīng)是怎樣產(chǎn)生的？磁阻效應(yīng)和霍爾效應(yīng)有何內(nèi)部聯(lián)系？某些金屬或半導(dǎo)體的載流子在磁場中受到洛倫茲力而產(chǎn)生的。詳細(xì)說明見實(shí)驗(yàn)原理部分。霍爾效應(yīng)導(dǎo) 致了金屬或半導(dǎo)體電阻增大的現(xiàn)象，表現(xiàn)為磁阻現(xiàn)象?；魻栃?yīng)是本質(zhì)。2、實(shí)驗(yàn)時(shí)為何要保持霍爾工作電流和流過磁阻元件的電流不變？這樣才能保證沿外加電場方向運(yùn)動的載流子數(shù)量保持不變。磁阻電壓的變化單一由霍爾效應(yīng)決定。排 除了干擾。3、不同的磁場強(qiáng)度時(shí)，磁阻傳感器的電阻值與磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系有何變化？磁場較小時(shí)，是二次關(guān)系。增大時(shí)，是一次關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中，未發(fā)現(xiàn)